Neodyymin atomimassa. Neodyymi metalli. Katso, mitä "neodyymi" on muissa sanakirjoissa

Neodyymi eristettiin sen mineraalista 1800-luvun lopulla. Tämän teki saksalaista alkuperää oleva kemisti Karl Auer von Welsbach. Tiedeyhteisö ei pitkään aikaan pitänyt tätä löytöä asianmukaisesti tärkeänä. Neodyymiä pidettiin hyödyttömänä, lupaamattomana metallina. Ainoa paikka, jossa se on löytänyt sovellusta, on sytyttimien piin valmistus.

Mutta kaikki muuttui, kun ihmiskunta löysi tapoja saada energiaa atomiytimien fission kautta. Ydinteollisuus tarvitsi uusia materiaaleja, joista yksi oli neodyymi. Mitkä ominaisuudet mahdollistivat sen laajan käytön erittäin tieteellisessä tuotannossa?

Fyysiset ominaisuudet

Neodyymi on tyypillinen harvinaisten maametallien edustaja. Väriltään hopeanvalkoinen. Kuuluu lantanidiryhmään. Luonnollisissa olosuhteissa sitä esiintyy 7 isotoopin muodossa, joista kaksi on radioaktiivisia. Niiden puoliintumisaika on 14 päivää.

Metallisen neodyymin tiheys on pienempi kuin rakenneterästen ja on 7007 kg/m3. Sulamispiste 1024 ºС. Lämpötila, jossa metalli alkaa kiehua, on 3050 ºС. Neodyymillä on korkea lämmönjohtavuus. Lämmönjohtavuuskerroin on 13,5 W/m K.

Lineaarisen laajenemisen lämpötilakerroin on 6,7 * 10-6 1 / C, ts. lämpötilan noustessa 1 astetta metalli laajenee 6,7 mikronia. Sähkövirran ominaisvastus 0,64 μOhm * m. Paramagneettinen. Herkkyys magneettikentälle on 39,5 * 10-9 yksikköä.

Kemiallisia ominaisuuksia

Neodyymi on alkuaine, jolla on lisääntynyt aktiivisuus. Muodostaa seoksia useimpien tällä hetkellä tunnettujen metallien kanssa.

Neodyymimetallilla on voimakkaita pelkistäviä ominaisuuksia. Metalli on aktiivisesti vuorovaikutuksessa kloorivety-, rikki-, typpi- ja muiden happojen kanssa. Inertti fluorivety- ja ortofosforihapoille. Syynä tähän on neodyymin pinnalla olevan suojakalvon läsnäolo, joka koostuu liukoisista suolayhdisteistä.

Kosteudella kyllästetyssä ilmassa neodyymi on peitetty ohuella hydroksidikalvolla. Yli 300 ºС lämpötilassa palamisprosessi alkaa. Yli 500 ºС kuumennettaessa neodyymi tulee kemiallisiin reaktioihin alkuaineiden, kuten vedyn, fosforin, hiilen, rikin, typen kanssa.

Mekaaniset ominaisuudet

Neodyymin erottuva piirre on sen korkea plastisuus. Youngin moduuli (kimmoisuus) on 37 GPa. Leikkausmoduuli 13,5 GPa. Puristusvenymä on 40 %, mikä on verrattavissa kuparin venymään.

Neodyymi ei erotu korkean lujuuden ominaisuuksista. Vetolujuus on 136 MPa, mikä on lähes 4 kertaa pienempi kuin teräksen 45. Metallisen neodyymin kovuus riippuu sen koostumuksessa olevien epäpuhtauksien määrästä. Alkuaineet, kuten fosfori, lisäävät sen arvoa, mutta vaikuttavat samalla kielteisesti lujuuteen. Puhtaan neodyymin kovuus on 314 yksikköä Brinellin asteikolla.

Tekniset ominaisuudet

Metallin lisääntynyt plastisuus antaa sille mahdollisuuden käyttää kaiken tyyppistä kuuma- ja kylmätyöstöä paineella: meistäminen, taonta, kohokuviointi jne. Neodyymitaotut aihiot ovat erittäin tarkkoja metallin alhaisen kutistumisen vuoksi.

Metalli on leikattavissa. Suuremman viskositeetin vuoksi ei ole mahdollista saavuttaa suuria leikkausnopeuksia käsittelyn aikana. Ne vaihtelevat 40-60 m/s.

Metallinen neodyymi ei muuta mekaanisia ominaisuuksiaan lämpökäsittelyllä. Ei hitsaa. Osittain hitsattava.

Neodyymiyhdisteet

Kuten aiemmin mainittiin, neodyymi muodostaa aktiivisesti kemiallisia sidoksia muiden alkuaineiden kanssa. Käytännössä käytetyimmät niistä:

Neodyymioksidi on sinertävän harmaa yhdiste, jonka tiheys on 7325 kg/m3. Tulenkestävä. Sulamispiste 2300 C. Ei liukene emäksiin eikä veteen.
Neodyymifluoridi on vaaleanpunainen kide, jonka sulamispiste on 1375 C.
Neodyymikloridi on violetin vaaleanpunainen yhdiste, jonka tiheys on 4135 kg/m3. Poikkeaa melko alhaisesta sulamispisteestä 760 C. Liuotetaan hyvin veteen.

Sovellus

Neodyymin laajalle käytölle tuotannossa on kaksi pääasiallista syytä:

Laaja levinneisyys luonnossa. Litosfäärissä on keskimäärin 2,5 grammaa tonnia kohden ja merivettä 0,02 * 1 mikrogrammaa 1000 litrassa. Sen prosenttiosuus planeetalla on edellä sellaisia metalleja kuin kulta, nikkeli, alumiini ja muut.
Suhteellisen alhaiset hinnat.

Tuotannossa erotetaan seuraavat menetelmät tämän harvinaisen maametallin käyttämiseksi:

lasiteollisuutta. Yhdessä muiden harvinaisten maametallien kanssa neodyymi on olennainen osa lasia, joka muuttaa väriään valon voimakkuuden mukaan. Se toimii myös osana "valaisevaa" lasia, jota käytetään optisten laitteiden valmistuksessa. Neodyymiseoksia käytetään suojalasien valmistukseen hitsausprosessin turvallisuuden varmistamiseksi. Syynä tähän oli metallin kyky absorboida ultraviolettivaloa. Neodyymimetalli toimii materiaalina tähtitieteilijöiden optisissa laitteissa käytettävien infrapunasuodattimien valmistuksessa. Neodyymilasin kyky estää neutronien tunkeutumista on löytänyt sovelluksensa lämpöydinreaktorien suojauksen tuotannossa.
Metallurgisessa teollisuudessa neodyymiä käytetään teräksen hapettumisenestoaineena. Neodyymin lisääminen nikkeliseokseen lisää sen sitkeyttä 30-40%, mikä mahdollistaa metallin käsittelyn paineella. Neodyymin kanssa seostetut magnesiumseokset säilyttävät mekaaniset ominaisuutensa korkeammissa lämpötiloissa. Koostumuksessa niobiumia sisältävällä titaanilla on parempi lujuus ja korroosionkestävyys puhtaaseen metalliin verrattuna.
Ydinteollisuudessa metallista neodyymiä käytetään plutoniumin tuottamiseen uraani-plutoniliuoksesta. Plutonium vapautuu paljon nopeammin neodyymihiukkasten läsnä ollessa, mikä mahdollistaa sen tasaisen uuttamisen nestemäisestä uraanista. Lisäksi neodyymi parantaa uraanipolttoaineen laatuominaisuuksia.
Useimmat nykyaikaiset teollisuusmagneetit perustuvat rauta-boori-neodyymiyhdisteeseen. Samarium-kobolttimagneetteihin verrattuna niillä on korkeammat magneettivoiman arvot.
Kemianteollisuus käyttää neodyymiä katalyyttinä erilaisten polymeerien valmistuksessa.
Lisäksi se toimii laseremitterikiteiden raaka-aineena. Neodyymilasereita käytetään aktiivisesti plastiikkakirurgiassa kehon muotoiluun.
Sitä käytetään rakennemateriaalina raketti- ja avaruusteollisuudessa. Neodyymivalssattu metalli on aihio osille, jotka on asennettu kiertäviin satelliitteihin ja avaruusaluksiin.
Elektroniikassa neodyymiä käytetään katodisädeputkien valmistuksessa, joille on ominaista lisääntynyt värikontrastiarvo.

Nd (lat. Neodyymi; kreikasta neos - uusi ja didymos - kaksois, kaksois * a. neodyymi; n. Neodyymi; f. neodyymi; ja neodimio), - Mendelejevin jaksollisen järjestelmän ryhmän III kemiallinen alkuaine, atominumero 60 , atomimassa 144,24, viittaa lantanideihin. Luonnollinen neodyymi koostuu seitsemästä isotoopista - 142 Nd (27,07 %), 143 Nd (12,17 %), 144 Nd (23,78 %), 145 Nd (8,3 %), 146 Nd (17,22 %), 148 Nd (5,708 %) ja 1508 Nd (5,67 %). 144 Nd-isotooppi on heikosti radioaktiivinen - T 1/2 = 5,10 15 vuotta. Neodyymistä on myös 13 keinotekoista isotooppia ja 3 ydinisomeeriä. Itävaltalainen kemisti K. Auer von Welsbach löysi sen vuonna 1885 neodyymi "maan" - neodyymioksidin - muodossa.

Vapaassa tilassa neodyymi on hopeanvalkoinen metalli, jolle on alle 885 °C:n lämpötiloissa tunnusomaista kuusikulmainen tiiviisti tiivistynyt kidehila (a-Nd) (a = 0,36579 nm, c = 1,17992 nm) ja korkeammissa lämpötilat - kuutio (I-Nd). Tiheys 7007 kg / m 3, sulamispiste t 1024 °C, kiehumispiste t 3030 °C, lämpökapasiteetti C ° p 27,4 J / (mol.K), sähkövastus 6,43,10 -3 (Ohm.m), lämpötilakerroin lineaarinen laajeneminen 8.6.10 -6 K -1 . Neodyymille on ominaista hapetusaste +3, harvemmin +2. Ilmassa neodyymi hapettuu nopeasti, reagoi huoneenlämpötilassa kloorivety-, typpi- ja rikkihappojen kanssa ja kuumennettaessa halogeenien kanssa. Suurin osa neodyymiyhdisteistä on värjätty eri väreillä - sininen (oksidi), lila (nitraatti, karbonaatti), vihreä (sulfidi), sininen (heksaboridi) jne., jota käytetään laajasti värillisten lasien valmistuksessa. Maankuoren keskimääräinen neodyymipitoisuus on 3,7,10 -3 painoprosenttia ja happamat kivet sisältävät enemmän neodyymiä (4,6,10 -3 %) kuin emäksistä (2,10 -3 %) ja sedimenttiä (2,3,103 %). Kuten kaikki muut lantanidit, neodyymi on läsnä monissa harvinaisissa maametallimineraaleissa - ksenotiimissä YPO 4, monatsiitti (Ce, La) PO 4, ortiitti (Ca, Ce) 2 (Al, Fe) 3. Si 3 O 12 (O, OH) ), bastnaesiitti (Ce, La) (CO 3) F, lopariitti (Na, Ca, Ce) 2 (Ti, Nb) 2 O 6 jne. Geokemiassa neodyymin isotooppisen koostumuksen tutkimuksia käytetään laajalti, koska yksi sen isotoopeista 143 Nd kerääntyy mineraalin tai kiven elinkaaren aikana 147 Sm:n a-hajoamisen seurauksena. Tältä osin 143Nd-isotoopin pitoisuus mineraalissa tai kivessä on erittäin tärkeä geokemiallinen ominaisuus, jonka avulla joissakin tapauksissa voidaan todeta tiettyjen esineiden geneettinen suhde ja jos 147Sm-isotoopin pitoisuus niissä on samanaikaisesti päättäväisesti määrittää ikänsä. Neodyymi saadaan pelkistämällä sen trifluoridi tai trikloridi kalsiumtermiselle sekä elektrolyysillä neodyymitrikloridin sulasta. Ioninvaihtokromatografiamenetelmiä käytetään laajalti neodyymin erottamiseksi muista lantanideista. Neodyymiä käytetään magnesium-, alumiini- ja titaaniseosten komponenttina, lasiteollisuudessa ja lasermateriaalien valmistuksessa.

Neodyymi (Nd) on harvinainen maametalli, atomiluku 60, atomimassa 144,24, sulamispiste 1024 °C, tiheys 6,9 g/cm3.
Tämä elementti on saanut nimensä kahdesta kreikan sanasta: neo-new ja dim - twin. Neodyymi löydettiin vuonna 1885, kun didyymi, hypoteettinen alkuaine, erotettiin praseodyymiksi ja neodyymiksi. Puhtaassa muodossaan se saatiin vasta vuonna 1925.
Raaka-aineita neodyymin saamiseksi ovat luonnonmineraalit lopariitti, eudialyytti, hiibinapatiitti, bastnasiitti. Sitä saadaan myös Hiipinän apatiittifosfokipsista ja Tomtor-luonnonrikasteesta. Kaikissa näissä mineraaleissa ja yhdisteissä se sisältyy oksidien muodossa.

Neodyymi on hopeanharmaa metalli, hapettuu helposti ilmassa, kovuus on alhainen. Siinä on seitsemän isotooppia, joista kaksi on radioaktiivisia ja niillä on erittäin pitkä puoliintumisaika. Keinotekoiset neodyymin radioisotoopit ovat lyhytikäisiä, ja niiden puoliintumisaika on jopa 12 päivää. Luonnossa on melko paljon neodyymiä - 1 tonnissa maankuoren mineraaleja se sisältää 10-100 grammaa, mikä on paljon enemmän kuin sen kaksois-praseodyymi. Yleensä lantanidien jakautumisessa luonnossa on tietty piirre - nämä alkuaineet, joilla on parillinen atomiluku, ovat yleisempiä maankuoressa kuin parittomat.

VASTAANOTTAVA.

Kun REM-kompleksit erotetaan, neodyymi konsentroidaan kevyisiin lantanideihin ja vapautuu sitten yhdessä praseodyymin kanssa - tätä seosta kutsutaan didyymiksi näiden alkuaineiden seoksen alkuperäisen nimen mukaisesti. Neodyymimetallia saadaan elektrolyysillä vedettömien halogenidien sulatuksesta tai kalsiumtermisellä pelkistimellä. Neodyymifluorideja ja -klorideja sisältävä sulate elektrolyysi suoritetaan 1000 °C:ssa, katodin virrantiheys 4,7 A/cm2, grafiittianodilla ja katodilla.

SOVELLUS.

Johdanto

yleispiirteet, yleiset piirteet

Löytöhistoria

Luonnollinen runsaus ja luonnolliset isotoopit

Kuitti

Fyysiset ominaisuudet

Kemiallisia ominaisuuksia

Neodyymiyhdisteet

Sovellus

Johtopäätös

Kirjallisuus

Johdanto

110 tunnetun kemiallisen alkuaineen joukossa on 14 kaksoiselementtiä, joiden ominaisuudet ovat samankaltaisia kuin kaksi vesipisaraa. Nämä ovat niin kutsuttuja harvinaisten maametallien alkuaineita tai lantanideja. D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollisessa järjestelmässä ne sijaitsevat yhdessä solussa. Syynä tähän harvinaisten maametallien järjestelyyn on niiden elektronisen rakenteen erikoisuus ja sen seurauksena niiden ominaisuuksien äärimmäinen läheisyys.

Näitä elementtejä pidettiin pitkään harvinaisina. Vain viime vuosikymmenien tutkimukset ovat osoittaneet, että niitä on maankuoressa enemmän, paljon enemmän kuin sellaisia metalleja, kuten lyijy, elohopea ja kulta, jotka ihmiset ovat tunteneet pitkään. Lantanideja pidettiin harjoituksen kannalta lupaamattomina. Heidän pääasiallisena käyttötarkoituksensa oli piikivien valmistaminen sytyttimille.

Teknologian, pääasiassa ydinvoiman, kehitys vaati uusia materiaaleja, joilla oli monenlaisia ominaisuuksia. Tiedemiehet ja insinöörit ovat kiinnittäneet huomionsa harvinaisiin maametalliin. Nyt ne ovat yksi uuden teknologian tärkeimmistä materiaaleista. Avaruusraketeista huumeisiin - tämä on niiden käyttöalue.

Siksi on erittäin tärkeää tutkia niiden yksilöllisiä ominaisuuksia ja etsiä uusia sovelluksia.

yleispiirteet, yleiset piirteet

Neodyymi (kreikan kielestä neos - uusi ja didymos - kaksois, kaksois) on D. I. Mendelejevin jaksollisen kemiallisten alkuaineiden järjestelmän kuudennen jakson ryhmän III kemiallinen alkuaine, se kuuluu harvinaisten maametallien alkuaineisiin - lantanideihin.

Neodyymin perusvakiot ja ominaisuudet:

Atomic Number60tomic Mass144.24 Number tunnetuista isotooppista24 Number of Natural isotopes7Molekulendensity, G / CM37.008Melting Point, Ос1024Ooksidointipiste, Ос3027oksidointitilat0, + 3ionisaatiopotentiaali, EV-0.46Elektroni Affiniteetti, EV-0.52Relait Elecnengetativity1.07External Configuration3,4 Atomical Shells4F46S2Atominen säde, PM182COVALENT RADIUS , pm164Ionisäde (Nd3+), pm104Clark, %2,5*10-3

Löytöhistoria

Keskiajalla alkemistit tunnistivat ryhmän aineita, jotka olivat lähes veteen ja happoihin liukenemattomia (happoliuoksista ei vapautunut kaasukuplia), jotka eivät muuttuneet kuumennettaessa, eivät sulaneet ja olivat emäksisiä. Tällaisille aineille annettiin yleinen nimi maa .

Vuonna 1787 ruotsalainen armeijan luutnantti Karl Arrhenius löysi tuntemattoman mineraalin hylätystä louhoksesta lähellä Ytterbyn kaupunkia, joka myöhemmin nimettiin sen kaupungin mukaan, josta se löydettiin, ytterbite. Vuonna 1794 Johan Gadolin analysoi ytterbiittiä ja osoitti, että tämä mineraali sisältää beryllium-, piin- ja raudan oksidien lisäksi 38 % tuntemattoman alkuaineen oksideja. Uusi maata Axel Exberg vuonna 1797 nimettiin yttrium , vastaava alkuaine on yttrium. Samoihin aikoihin eri tutkijaryhmät tutkivat toista mineraalia - okroiittia (Ln2o3 xSiO2 yH2O, jossa Ln on lantanidi), ja vuonna 1803 lähes samanaikaisesti ja toisistaan riippumatta Martin Klaproth ja J. Berzelius W. Hisingerin kanssa eristettynä se maata , joka oli nimetty cerium , alkuaine on cerium, ja mineraali okriitti on nimetty uudelleen ceriitiksi. Ensimmäisen lantanidialkuaineen, ceriumin ja sen löytö suhteellinen - yttrium - myrskyisin osa harvinaisten maametallien historian ensimmäistä vaihetta. Näistä kahdesta maita venytti pitkän ketjun vääriä ja todellisia uusien elementtien löytöjä.

Vuonna 1839 seriumnitraattia tutkiva Carl Mossander löysi siitä tuntemattoman alkuaineen seoksen. Tutkittuaan sitä hän tuli siihen tulokseen, että se oli uusi maa ja hän soitti hänelle lantaani , ja alkuaine on lantaani. Vuonna 1841 K. Mossander erottui uudesta maa yksi vielä. Hän näytti hyvin paljon lantaanimaa , joten sitä vastaavaa elementtiä kutsuttiin didymeksi - kreikan sanasta didymos - kaksinkertainen , tai kaksinkertainen .

Vuonna 1878 ranskalainen kemisti M. Delyafontaine havaitsi didyymiumin heterogeenisyyden ja vuonna 1879 L. Boisbaudran eristi siitä osan, vastaavaa alkuainetta kutsuttiin samariumiksi, ja didyymi pysyi edelleen luettelossa alkuaineena. Mutta vuonna 1885 itävaltalainen kemisti Carl Auer von Welsbach erotti didymiumin kahdeksi alkuaineeksi. Tätä varten hän käytti kaksoisammoniumsuolojen fraktiokiteytysmenetelmää: yksi fraktio sisälsi vihreitä suoloja (ne vastasi vaaleanvihreää oksidia), toinen - violetista punaiseen (ne vastasi harmahtavan sinistä oksidia). Hän kutsui vihreitä suoloja antavaa alkuainetta praseodyymiksi ja toista alkuainetta neodyymiksi (eli uudeksi didyymiksi). W. Mutmannin johtama saksalaisten tiedemiesten ryhmä hankki neodyymin metallin muodossa vuonna 1902.

Luonnollinen runsaus ja luonnolliset isotoopit

Neodyymi on toiseksi yleisin lantanidien joukossa. Sitä on maankuoressa jopa enemmän kuin itse lantaani - 2,5 * 10-3 ja 1,8 * 10-3 painoprosenttia, merivesi sisältää 9,2 * 10-6 mg / l. Neodyymi muodostaa oman mineraalinsa - aeskiniitin, jossa sitä on enemmän kuin muita lantanideja ja niiden satelliitteja - toriumia, tantaalia, niobiumia, maa-alkalimetalleja.

Luonnollinen neodyymi on seos seitsemästä isotoopista, joiden massaluvut: 142 (27,11 %), 143 (12,17 %), 144 (23,85 %), 145 (8,30 %), 146 (17,22 %), 148 (5,73 %), 150 ( 5,62 %). Isotooppien kohdalla noudatetaan geokemiallista lakia: luonnossa parillisen massaluvun omaavan isotoopin pitoisuus on suurempi kuin viereisen, jolla on pariton massaluku. Toiseksi yleisin isotooppi on 144Nd α- radioaktiivinen, jonka puoliintumisaika on 2,4 * 1015 vuotta. Keinotekoisesti saaduista radioaktiivisista isotoopeista (niitä on noin tusina) vain yksi 147Nd voi toimia radioaktiivisena merkkiaineena. Se säteilee β-, γ- säteet ja sen puoliintumisaika on 11,1 päivää. Kaikki muut neodyymin isotoopit ovat hyvin lyhytikäisiä.

Kuitti

Harvinaiset maametallit ovat koostumukseltaan monimutkaisia, ja niiden sisältämiä alkuaineita on erittäin vaikea eristää. Mutta harvinaisten maametallien seoksen erottaminen on vielä vaikeampaa. Vanhimmat, klassiset erotusmenetelmät ovat: fraktio-, fraktiokiteytys ja fraktioperussaostus. Tällä hetkellä kehitetään uusia menetelmiä: kromatografia (ioninvaihto) ja uuttaminen orgaanisilla liuottimilla.

Harvinaisia maametallialkuaineita erotettaessa neodyymi väkevöidään yhdessä kevyiden lantanidien kanssa (cerium-alaryhmä) ja vapautuu praseodyymin mukana, tällaista praseodyymin ja neodyymin seosta kutsutaan didyymiksi. Sitten neodyymi puhdistetaan epäpuhtauksista ioninvaihdolla (käyttäen etai Cu-hartsia) tai erottamalla kloridiseoksia.

Neodyymimetallia saadaan vedettömistä halogenideista niiden sulatteen elektrolyysillä litium-, kalium-, kalsium- ja bariumhalogenidien läsnä ollessa:

NdCl3 (sula) → 2Nd + 3Cl2

Sekä neodyymi(III)oksidin lämpöpelkistys kalsiumilla:

2O3 + 3Ca → 2Nd + 3CaO.

Fyysiset ominaisuudet

Neodyymi, kuten kaikki lantanidit, on siirtymävaiheen f-elementti, koska ydinvarauksen kasvaessa arvosta 57 arvoon 71, 4f-alataso täyttyy. Siksi lantanideilla on erittäin samankaltaiset ominaisuudet keskenään.

Neodyymi on hopeanvalkoinen, tyypillinen metalli. Sen väri liittyy oksidikalvon läsnäoloon sen pinnalla. Neodyymi on sitkeä, tulenkestävä, muokattava, mutta suhteellisen matalakovuus metalli, jota voidaan helposti työstää. Sillä on paramagneettisia ominaisuuksia, jotka selittyvät epätäydellisen 4f-alitason läsnäololla, jolla on korkea magneettinen aktiivisuus.

Kemiallisia ominaisuuksia

Neodyymi on aktiivinen metalli, samanlainen kuin lantaani reaktiokäyttäytymisellään. Kosteassa ilmassa se on peitetty oksidihydroksidikalvolla.

Nd + 6H2O + 302 → 4Nd(OH)3.

Neodyymi passivoituu kylmässä vedessä, ei reagoi alkalien ja etanolin kanssa, mutta on vuorovaikutuksessa veden kanssa kuumennettaessa:

Nd + 6H2O (vaakasuora) → 2Nd(OH)3↓ + 3H2

Neodyymi on vahva pelkistävä aine, reagoi kiivaasti happojen kanssa:

Nd + 6HCl (hajoaa) → 2NdCl3 + 3H2

Nd + 6 HNO3 (konsentr.) → Nd(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O.

Fluorivety- ja ortofosforihapoissa neodyymi on stabiili, koska se on peitetty liukenemattomien suolojen suojaavalla kalvolla.

300°C:ssa se palaa ilmassa:

Nd + 302 → 2Nd2O3.

Reagoi halogeenien kanssa

kloorilla (300 °C:ssa):

Nd + 3Cl2 → 2NdCl3

Ja kuumennettaessa se on vuorovaikutuksessa typen, rikin, hiilen, piin, fosforin ja vedyn kanssa

rikin kanssa (500-800 ºС):

Nd + 3S → Nd2S3

typpioksidin (IV) kanssa:

6NO2 → 3NO + Nd(NO3)3

vedyllä (300 °C:ssa):

Nd + 3H2 → 2NdH3.

Useimpien metallien kanssa antaa seoksia.

Neodyymiyhdisteet

Yhdisteiden neodyymillä on vain yksi hapetusaste +3, siitä tunnetaan lukuisia binäärisiä yhdisteitä ja erilaisia suoloja. Sen yhdisteiden väri ei ole sama: Nd2O3-oksidi on sinertävän violetti, nitraatti ja kloridi ovat lilaa, NdF3-fluoridi on vaaleanpunainen, NdBr3-bromidi on violetti, NdI3-jodidi on vihreä, Nd2S3-sulfidi on tummanvihreä, NdC-karbidi on ruskea, NdB6-heksaboridi on sininen jne.

Neodyymi(III)oksidi Nd2O3

Neodyymioksidin sulamispiste on 2320°C, kiehumispiste 4300°C, tiheys 7,327 g/cm3. Neodyymioksidia saadaan hajottamalla nitraattia, oksalaattia ja muita neodyymisuoloja ilmassa 800-1000 °C:ssa:

Nd(NO3)3 → Nd2O3 + 3N2O5

Nämä ovat sinertävän violetteja kiteitä, jotka eivät liukene veteen ja emäksiin. Neodyymioksidilla on heikosti emäksisiä ominaisuuksia ja se liukenee happoihin:

203 + 6HCl → 2NdCl3 + 3H2O.

Kun se on vuorovaikutuksessa alkalimetallioksidien kanssa, sillä on joitain amfoteerisia ominaisuuksia:

O3 + Na2O → 2NaNdO2.

Vaaleanpunaiset kiteet, veteen liukenemattomat. Fluoridin sulamispiste on 1377°C, kiehumispiste on 2300°C. Neodyymifluoridia saadaan saattamalla neodyymioksidi reagoimaan fluorivedyn kanssa 700 °C:ssa:

harvinaisen maametallin neodyymiyhdiste

Nd2O3 + 6HF → 2NdF3 + 3H2O.

Neodyymi(III)kloridi NdCl3

Vaaleanpunaiset-violetit hygroskooppiset kiteet, liukenevat veteen. Kloridin sulamispiste on 758°C, kiehumispiste 1690°C, tiheys 4,134 g/cm3.

Neodyymikloridia saadaan saattamalla kloorin ja hiilitetrakloridin seos reagoimaan neodyymioksidin tai -oksalaatin kanssa yli 200 °C:n lämpötiloissa.

Vuorovaikutuksessa bromivedyn ja jodidin kanssa neodyymikloridi muuttuu helposti vastaavaksi halogenidiksi ja voi muodostaa hydraatteja. Vedetöntä kloridia käytetään metallisen neodyymin saamiseksi metallotermisellä menetelmällä.

Neodyymi(III)hydroksidi Nd(OH)3

Kun alkaliliuoksia lisätään neodyymisuoloihin, joko emäksisiä suoloja tai hydroksidia saostuu:

(NO3)3 + 2KOH → Nd(OH)2NO3 + 2KNO3(NO3)3 + 3KOH → Nd(OH)3↓ + 3KNO3.

Neodyymihydroksidi on liukenematonta ja heikosti emäksistä. Siksi se ei liukene laimeisiin emäksiin, mutta liukenee helposti happoihin muodostaen suoloja. Konsentroiduissa alkaliliuoksissa, vaikka liukeneminen tapahtuu MNdO2-tyyppisten suolojen muodostuessa, nämä suolat hydrolysoituvat välittömästi vedellä. Tästä johtuen neodyymihydroksidi on heikosti amfoteerinen yhdiste, jolla on voimakas emäksisten ominaisuuksien hallitsevuus.

Neodyymin monimutkaiset yhdisteet

Neodyymi pystyy muodostamaan monimutkaisia yhdisteitä. Koordinaatioluvut ovat 6-12, tämä selittyy f-orbitaalien osallistumisella sidosten muodostukseen. Neodyymi muodostaa stabiileja kompleksisia yhdisteitä monihampaisten ligandien kanssa. Kompleksoituminen yksihampaisten ligandien kanssa ei ole tyypillistä neodyymille.

Neodyymi muodostaa sulatuksissa Na3-heksafluoridia. Vesiliuoksissa se muodostaa stabiileja komplekseja sekä epäorgaanisten että orgaanisten anionien (ligandien) kanssa.

Neodyymille on ominaista myös kiteisten hydraattien muodostuminen. Nd3+-ionit vesiliuoksissa ovat hydratoituneita ja niiden koordinaatioluku on 9, ja vesiliuoksista eristetyissä kiinteissä hydratoiduissa suoloissa jopa 10-12. Korkea koordinaatioluku liittyy myös täyttämättömään 4f-alatasoon, jolla on vielä paljon avoimia työpaikkoja.

Sovellus

Neodyymillä on melko laaja käytännön sovellus, koska se on edullinen ja halpa.

Luonnollisessa seoksessa praseodyymin (didim) kanssa sitä käytetään ultraviolettisäteitä estävien suojalasien lasien valmistuksessa, mikä on erityisen tärkeää hitsaajille, metallurgeille, lasinpuhaltimille (keltaiset natriumsäteet ovat erityisen kirkkaita lasia hitsattaessa) jne. Lasit on lisätty 4,3 % neodyymioksidia aleksandriittiefekti . Neodyymilasi voi muuttaa väriä valaistuksesta riippuen. Siitä valmistetaan kauniita maljakoita ja taideteoksia, sillä suuret neodyymioksidipitoisuudet antavat lasille kirkkaan punaisen sävyn. Neodyymilasia käytetään myös lasertekniikassa. Nd3+-ioni tuottaa lasersäteilyä spektrin infrapuna-alueella. Erikoislaseille saadaan erittäin puhdasta neodyymioksidia - 99,996%.

Neodyymioksidilla on erinomaisten fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien kompleksi, ja se on melko edullinen. Sillä on tärkeä käyttö sähkölaitteissa dielektrisenä aineena, jolla on minimaalinen lämpölaajenemiskerroin.

Itse neodyymi on melko laajalti käytetty. Se vaikuttaa paremmin kuin muut lantanidit magnesiumin, alumiinin ja titaaniseosten ominaisuuksiin, lisää niiden lujuutta ja lämmönkestävyyttä.

Syyt neodyymin tehokkaaseen vaikutukseen magnesiumseoksiin:

1.Neodyymillä on maksimaalinen liukoisuus magnesiumiin, mikä edistää seoksen suurinta lujittamista lämpökäsittelyn seurauksena.

2.Magnesiumin neodyymin diffuusionopeus on alhaisin verrattuna muihin tutkittuihin harvinaisiin maametalleihin - tämä on syy seoksen alhaisempaan pehmenemisnopeuteen korkeissa lämpötiloissa ja sen seurauksena korkeampaan lämmönkestävyyteen.

5 % neodyymin lisääminen alumiiniin lisää lejeeringin kovuutta ja vetolujuutta 5:stä 10 kg/mm2:een. Näiden sulatteessa olevien alkuaineiden välillä on kemiallinen vuorovaikutus neodyymi-NdAl2- ja NdAl4-metalliyhdisteiden muodostumisen kanssa. 1 % neodyymin lisäys titaaniin nostaa vetolujuuden arvoon 48–50 kg/mm2 (puhtaan titaanilla se on 32 kg/mm2), kun taas sama ceriumin lisäys vain 38–40 kg/mm2.

Neodyymiä käytetään myös lasertekniikassa. Nd3+-ionien pitoisuus tähän tarkoitukseen suunnitelluissa laseissa on 6 %. Lasermateriaalina käytetyillä laseilla on kaksi kiistatonta etua: aktiivisten hiukkasten korkea pitoisuus ja mahdollisuus valmistaa suuria aktiivisia elementtejä. Tällaisten lasien komponentit puhdistetaan erityisen huolellisesti kuparin, raudan, nikkelin, koboltin sekä harvinaisten maametallien - samariumin, dysprosiumin ja praseodyymin - epäpuhtauksista.

Neodyymillä aktivoituja yttrium-alumiinigranaatteja käytetään myös laajalti lasermateriaaleina. Neodyymilasereita käytetään kontrolloiduissa lämpöydinfuusiokokeissa. Tehokkaat neodyymilaserit ovat lupaavia yhdeksi tärkeimmistä satelliittiviestinnän elementeistä.

Johtopäätös

Viime aikoina lantanidien, mukaan lukien neodyymin, käytännön käyttöalueet ovat laajentuneet merkittävästi. Elementillä, jonka sarjanumero on 60, on joukko ainutlaatuisia ominaisuuksia, joten sitä käytetään laajalti tekniikassa, metallurgiassa, lasissa, keramiikassa ja muilla aloilla.

Mutta on olemassa kaksi tekijää, jotka estävät neodyymin ja muiden harvinaisten maametallien käyttöalueen laajentamisen: niiden puhtaiden valmisteiden korkeat kustannukset ja yksittäisten ominaisuuksien tuntemuksen puute, mikä estää niiden soveltamisen käytännössä. Siksi tällä hetkellä on välttämätöntä tutkia aktiivisesti lantanidien ominaisuuksia, ja ehkä tulevina vuosina löydetään uusia odottamattomia käyttötapoja.

Bibliografia

1.Shalinets A. B. Atomiajan kuuluttajia. D. I. Mendelejevin jaksollisen järjestelmän ryhmän III elementit. Opiskelijatuki. - M., koulutus , 1975. - 192 s.

.Suosittu kemiallisten alkuaineiden kirjasto: 2 kirjassa. / [Comp. V. V. Stanzo, M. B. Chernenko]. - 3. painos, Rev. ja ylimääräistä - M.: Nauka, 1983.

.Kirja. 2. Hopea - Nilsborium ja enemmän. 1983. - 572 s.

.Epäorgaanisten aineiden reaktiot: hakuteos / R. A. Lidin, V. A. Molochko, L. L. Andreeva; toim. R. A. Lidina. - 2. painos, tarkistettu. ja ylimääräistä - M.: Bustard, 2007. - 637 s.

.Epäorgaanisten aineiden vakiot: hakuteos / R. A. Lidin, V. A. Molochko, L. L. Andreeva; toim. R. A. Lidina. - 2. painos, tarkistettu. ja ylimääräistä - M.: Bustard, 2006. - 685 s.

.Trifonov D.N. Harvinaiset maametallit. - M., 1960. - 134 s.

.Akhmetov N. S. Yleinen ja epäorgaaninen kemia. Proc. yliopistoja varten. - 4. painos, Rev. - M.: Korkeampi. koulu, toim. Keskusta Akatemia, 2001. - 743 s., ill.

neodyymi neodyymi

(lat. Neodyymi), jaksollisen järjestelmän ryhmän III kemiallinen alkuaine, kuuluu lantanideihin. Nimi kreikan sanoista néos - new ja dídymos - twin (praseodymium) liittyy löydön historiaan. Metalli; tiheys 6,908 g / cm3, t pl 1016°C. Seosten komponentti (esim. Mg, Al tai Ti) lentokoneiden ja rakettien valmistukseen, lasermateriaalit.

neodyymi

NEODIME (lat. Neodimium), Nd (lue "neodyymi"), kemiallinen alkuaine, jonka atominumero on 60, atomimassa 144,24. Koostuu viidestä isotoopista 142 Nd (27,07 %), 143 Nd (12,17 %), 145 Nd (8,30 %), 146 Nd (17,22 %) ja 148 Nd (5,78 %) sekä radioaktiivisista isotoopeista 144 Nd (23,78 % puoliintumisaika) T 1/2 = 5,10 15 vuotta) ja 150 Nd (5,67 %, puoliintumisaika T 1/2 = 2,10 15 vuotta). Ulkoisten elektronikerrosten konfiguraatio 4 s 2 p 6 d 10 f 4 5s 2 p 6 6s 2 . Yhdisteiden hapetusasteet ovat +3 (valenssi III), harvemmin +4 ja +2 (valenssit IV ja II).
Viittaa harvinaisiin maa-aineisiin (cerium-lantanidien alaryhmä). Se sijaitsee ryhmässä III B jaksollisen järjestelmän kuudennessa jaksossa.
Neutraalin atomin säde on 0,182 nm, Lu 3+ -ionin säde on 0,112-0,141 nm, Nd 2+ -ionin 0,143-0,149 nm. Ionisaatioenergiat 5,49, 10,72, 22,1, 40,41 eV. Elektronegatiivisuus Paulingin mukaan (cm. PAULING Linus) 1,07.
Löytöhistoria
Itävaltalainen kemisti C. Auer von Welsbach löysi neodyymin vuonna 1885. (cm. AUER von WELSSBACH Carl), joka totesi, että ranskalainen kemisti C. G. Mosander löysi vuonna 1839 (cm. MOSANDER Carl Gustav) alkuaine didyymi on itse asiassa seos kahdesta alkuaineesta, joilla on samanlaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, joille hän antoi nimet neodyymi ja praseodyymi (cm. PRASEODIM). Neodyymin löytämisen historia näkyy sen nimessä (kreikan kielestä neos - uusi ja didymos - kaksinkertainen).
Luonnossa oleminen
Neodyymi on yksi yleisimmistä harvinaisten maametallien alkuaineista. Sen pitoisuus maankuoressa on 2,5 10 -3 %, merivedessä 9,2 10 -6 mg / l. Sisältyy mineraaleihin bastnaesiitti (cm. BASTNEZIT), monatsiitti (cm. MONACITE) ja lopariitti (cm. LOPARIT).
Kuitti
Harvinaisten maametallien erotuksen aikana neodyymi konsentroituu yhdessä kevyiden lantanidien kanssa ja vapautuu praseodyymin mukana. Jatkoerotus suoritetaan ionikromatografialla tai uuttomenetelmillä. Neodyymimetallia saadaan elektrolyysillä neodyymikloridin tai fluoridin NdF 3 , NdCl 3 sulasta.
Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
Neodyymi on vaaleanharmaa metalli. Alle 885 °C:ssa lantaanityyppisen kuusikulmaisen hilan a-modifikaatio on vakaa, a= 0,36579 nm ja c = 1,17002 nm, yli 885°C ja sulamispisteeseen 1016°C asti - b-modifikaatio a-Fe-tyyppisellä kuutiohilalla. Kiehumispiste 3027°C, a-N ja tiheys 6,908 kg/dm3.
Neodyymi kestää vähemmän hapettumista kuin raskaat lantanidit. Ilmassa kuumennettaessa se hapettuu nopeasti muodostaen Nd 2 O 3 -oksidia. Reagoi kiivaasti kiehuvan veden kanssa vapauttaen vetyä ja muodostaen Nd (OH) 3 -hydroksidia:
2. + 6 H 2 O \u003d 3 N (OH) 3 + 3 H 2
Kuumennettaessa se reagoi halogeenien, typen, vedyn, rikin ja muiden ei-metallien kanssa. Reagoi kiivaasti mineraalihappojen kanssa.
Oksidilla Nd 2 O 3 on perusominaisuudet, se vastaa keskivahvaa emästä Nd (OH) 3. Neodyymin vesiliukoisia suoloja ovat kloridi, nitraatti, asetaatti ja sulfaatti, huonosti liukenevia suoloja ovat oksalaatti, fluoridi, karbonaatti ja fosfaatti.
Sovellus
Neodyymi - komponentti sekametallia, kevytmetalliseoksia magnesiumin kanssa (cm. MAGNESIUM) ja alumiinia. (cm. ALUMIINI) Neodyymin, raudan seos (cm. RAUTA) ja boori (cm. BOR (kemiallinen alkuaine)) käytetään kestomagneettien valmistukseen. Neodyymin oksidi ja fosfaatti - pigmentti keitettäessä värillistä lasia, keramiikkaa. Neodyymioksidia Nd 2 O 3 käytetään neodyymilasin (lasermateriaalin) sulatuksessa, se toimii lisäaineena yttrium-alumiinigranaattien valmistuksessa.

tietosanakirja. 2009 .

Synonyymit:

Katso, mitä "neodyymi" on muissa sanakirjoissa:

- (Neodimium), Nd, jaksollisen järjestelmän ryhmän III kemiallinen alkuaine, atomiluku 60, atomimassa 144,24; viittaa harvinaisiin maa-aineisiin; metalli. Itävaltalainen kemisti K. Auer von Welsbach hankki neodyymin ensimmäisen kerran vuonna 1885 ... Nykyaikainen tietosanakirja

neodyymi- (Neodimium), Nd, jaksollisen järjestelmän ryhmän III kemiallinen alkuaine, atomiluku 60, atomimassa 144,24; viittaa harvinaisiin maa-aineisiin; metalli. Itävaltalainen kemisti C. Auer von Welsbach hankki neodyymin ensimmäisen kerran vuonna 1885. ... Kuvitettu tietosanakirja

- (lat. Neodyymi) Nd, jaksollisen järjestelmän ryhmän III kemiallinen alkuaine, atomiluku 60, atomimassa 144,24, kuuluu lantanideihin. Nimi kreikkalaisesta sanasta neos new ja didymos twin (praseodymium) liittyy löydön historiaan. Metallia;…… Suuri tietosanakirja

- (symboli Nd), hopeankeltainen kemiallinen alkuaine, metalli, kuuluu lantanideihin. Se eristettiin ensimmäisen kerran oksidina vuonna 1885. Puhdas metalli saatiin vuonna 1925. Sitä esiintyy pääasiassa monatsiitti- ja bastnäsiittiesiintymissä. ... ... Tieteellinen ja tekninen tietosanakirja